舱外航天服长啥样?造价几千万元,用几次就扔掉,为何不能带回来
太空飞行本身就是一件 科技 含量极高的事情,从火箭到飞船,再到航天员所穿的航天服,都含有大量黑 科技 ,任何一方面的技术不过关,载人航天就可能难以安全开展。以航天服为例,航天服看起来似乎没有飞船、火箭那么难制造,却也非常复杂,远不是我们所穿的衣服那样简单,对于航天员的安全来说,航天服的重要性和飞船的重要性是一样的,没有航天服是不行的,在 历史 上就曾经有宇航员坐飞船不穿航天服而遇难的情况。
这就是著名的联盟11号飞船,这艘载人飞船发射升空后与世界上第一个长期在轨飞行的空间站礼炮1号对接,3名俄罗斯宇航员顺利进入空间站内。他们在礼炮1号空间站内驻留了24天开始返回地球,由于飞船座舱设计不合理,内部空间很拥挤,如果3名宇航员都穿着宇航员就没法坐下,所以他们只能脱掉航天服。在返回地球的时候飞船出现了问题,返回舱内迅速失压,气压急剧下降,这3名苏联宇航员因为没有穿着宇航服,在短短40秒内就没有了生命体征。从那时候开始,飞船在返回地球的时候,航天员都必须穿着航天服。
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在飞船内的要求都这么高,如果离开飞船、空间站进行舱外活动,更要穿着航天服了。与飞船内穿的那些航天服相比,舱外航天服的技术难度更大,制造工艺也会更加复杂。因为在出舱的时候,航天员直接暴露到了外太空的环境下,离开了飞船、空间站这样的庇护所。而外太空环境本身就充满了各种威胁,比如说外太空几乎是真空状态、没有氧气,温度也非常低。除此之外,还有陨石、流星体等小碎片,以及来自宇宙深处的强辐射。即使没有陨石这些小碎片的撞击,航天员直接暴露在超低温、超低压的环境下也是没法生存的。而舱外航天服的作用就是保护航天员出舱时的安全,那舱外航天服到底长啥样呢?
从功能来看,舱外航天服可以看做是一种迷你的载人飞船,因为飞船有的功能这些舱外航天服基本上都具备,比如说舱外航天服也可以为航天员创造一个恒温、恒压的环境,保护航天员的安全。舱内航天服只要能够保证压力就行,而舱外航天服可以说是什么都要管。
我国自主研制的舱外航天服最高可达2米,身高在1.6米-1.8米的航天员都能够穿得上。看舱外航天服由内到外可以分为6层:包特殊防静电处理过的棉布织成的舒适层、橡胶质地的备份气密层、复合关节结构组成的主气密层、涤纶面料的限制层、通过热反射来实现隔热的隔热层以及最外面的外防护层。
除了层数非常多以外,舱外航天服还安装了各种先进的仪器,包括气液组合插座、电控台、应急供氧管、气液控制台、电脐带等。电控台虽然只有十几厘米见方却有多达9个照明、数码管控、机械式压力表等开关,而气液控制台里的阀门更是多达20多个。从这里可以看得出,舱外航天服其实就是一艘穿着航天员身上的小型飞船,相当于把飞船的控制台都放到了航天服上。由于这么多开关,所以不是一般人能够操作的,这也说明了航天员在执行舱外活动时难度是比较大的,但是我们的航天员还是出色地完成了这些舱外任务。
如果单纯舱外航天服是为了保护航天员的安全,其实制造起来还是相对要容易一些,但是保护安全只是其中的一个要求而已,还有其他很高的要求,比如说舱外航天服非常重,需要考虑到穿、脱的便捷性,我国的飞天舱外航天服就考虑到了这些问题,所以穿、脱5分钟基本上就可以了,非常便捷。除了穿脱方便外,舱外航天服的灵活度也需要相当高,这样才能保障航天员在出舱活动时能够高效完成各种高难度的任务,同时也可以减少航天员的体力消耗。要知道,在处于失重状态下的舱外环境,任何在地面看起来很简单的动作都是非常困难的,例如在太空拧一个螺丝都是非常困难的。
也正是因为舱外航天服的功能非常强大,几乎包括了载人飞船的大部分功能了,所以制造舱外航天服的难度也非常大,目前也只有中美俄三个国家能够制造舱外航天服。这也导致舱外航天服的造价也相当高,最低的价格也达到几千万元,美国研制的新一代舱外航天服将会用于载人重返月球或者载人登陆火星,造价据说达到了5亿美元。如此昂贵的舱外航天服却只能用几次,用完就扔了,不能带回地球,这是怎么回事?
虽然舱外航天服非常先进,几乎具备了载人飞船的功能,但是在某些方面是比不上载人飞船的,比如说抗撞击的能力。一般情况下,尺寸比较小的小颗粒并不会给飞船带来什么威胁,但是可能会击穿舱外航天服,或者会导致舱外航天服出现一定的磨损。所以,舱外航天服使用次数是非常有限的,俄罗斯的海鹰舱外宇航服使用次数为12次,在用完以后就会“扔到”大气层中烧毁。造价这么昂贵的舱外航天服用完以后为什么不能带回地球,而是扔了呢?
别看载人飞船的尺寸比较大,能够安全着陆到地面的其实只有小小的返回舱。航天员在返回地球时乘坐载人飞船的返回舱返回地球,飞船的其他舱段并不会跟着航天员返回地球,而是留在外太空。而返回舱需要保障航天员的安全着陆,所以内部装了很多设备来保持舱内的恒温、恒压环境,并没有太多空余的空间。从一些飞船内部的照片我们可以看得到,航天员在飞船返回舱内是非常拥挤的。舱外航天服高度可达2米,重达90公斤,如果把舱外航天服放到飞船返回舱内带回地球,必然会让原本已经非常拥挤的飞船变得更加挤,甚至可能会直接占用一名航天员的座位。
可见,飞船返回舱一般是没有足够的空间来装这些舱外航天服的。参考俄罗斯处理舱外航天服的方法,这些舱外航天服达到使用次数上限以后就会被装到货运飞船内,而这些货运飞船并不会像载人飞船那样着陆到地面,受控再入大气层然后直接燃烧掉。
可用于火星任务的新一代宇航服有什么特别的地方?
曾为美国国家航空航天局(NASA)“阿波罗计划”设计和供应宇航服的ILC Dover公司,在国会山举行的庆祝人类登月50周年活动上,推出了下一代宇航服系统原型。新款宇航服被称为“阿斯特罗”(Astro),是为太空行走、执行月球和火星任务而设计的。
新宇航服系统由舱外活动(EA)宇航服和一个能调节压力、提供氧气和冷却的救生背包组成。这套宇航服在设计中考虑了未来的载人任务,可用于NASA和商业太空合作伙伴执行重返月球和载人火星计划。宇航服由ILC Doer公司开发;生命支持背包则由柯林斯航空公司提供。这套系统有望使宇航员更方便在太空中四处活动,因为其具有更好的活动关节,且尺寸特征更符合人体特点;此外,改进后的发动机和电子设备使宇航服更轻便小巧。
ILC Doer公司的帕蒂·斯托尔说,虽然“阿斯特罗”被设计用于太空行走,但这款宇航服也可以用于行星探索。太空行走对躯体灵活性的要求很低,但宇航员如果需要在月球和火星等目的地着陆和行走,则需要很大的灵活性。
斯托尔表示,新宇航服还将配备一双“阿斯特罗”手套,这款手套在ILC Doer公司第六阶段手套的基础上改进而来。新宇航服还将包括一个数字显示系统,允许宇航员使用语音控制,实时访问数据,并通过高清视频进行通信。
中国空间站航天员首次出舱的全记录曝光,新一代“飞天”航天服究竟长啥样?
自从神舟十二号飞天以后,人们的心情就万分激动,最令人感动的是航天员此次的出舱任务,出舱任务对于航天员来说也是一项巨大的挑战,尤其是航天服的质量和设计,直接会影响到航天员的生命安全,还会影响到此次飞天任务能否顺利完成。所以此次航天服的设计制作将是一项浩大的工程,制作航天服由中国航天员中心航天服工作室来设计制作的,这次的新型航天服在设计上有三大改进之处;让此次航天员出舱带来更加良好的体验。
一是改变了航天服的整体结构布局设计,比如说改进航天服,码数大小不在受限,尤其是对身高不再受限,1.6米到1.8米的人都可以穿上航天服自由行走,还可以根据航天员自身的体型调整航空服的大小。虽然说新型的航天服重达130公斤,但是宇航员完全可以在5分钟之内穿上它,穿脱就变得十分方便。
二是提高了服装的寿命,这种全新的设计结构,会让我国的航天员在穿脱的过程中,不会因为宇航服的笨重而影响到穿着,因为穿着时间长而耽误到其他的工作。
此次我国研发的舱外航天服属于轨道机舱外服,就是说这种航天服务在空间站有用,但是当航天员返回地球时,将会被抛弃。此次的设计将航天服的寿命延长,可以将航天服放入航空站内部,通过维护与维修,保证状态良好,可以再次使用。这种均码的航天服,不再有码数的限制,所有的航天员都可以穿,大大增加了航天服的使用率。
三是提高了人服能力。此次航天员穿着的新一代飞天航空服,宇航员从里到外穿的舱外航天服均为专用的航天服。在穿航天服的时候,必须先穿一层出舱的内衣,接着要套一层液冷服,然后才能再套上舱外的航天服。再穿上舱外航天服以后,还要进行吸氧等工作。所以说这些流程能做到用五分钟来完成,真的是相当的不容易。更加说明了我国航天事业的实质性的提高。
在火星上穿什么:快来看看未来宇航服技术都有啥
外太空旅行风靡全球:埃隆·马斯克的SpaceX公司承诺将把人类送上火星。亚马逊(Amazon)首席执行官杰夫•贝佐斯(Jeff Bezos)把目光投向了月球。美国宇航局希望加快将宇航员送回深空的计划。
但如果这些大胆的计划成为现实,每个人会穿什么?
这不是一个小细节。如果不穿合适的衣服,在你的脚踩到这颗红色星球的沙质表面之前,你体内的血液可能会变成气体。
美国宇航局约翰逊航天中心高级宇航服和技术实验室主任艾米·罗斯正在领导下一代美国宇航局宇航服的研发。新原型机的目标是让穿着者更容易走动,改善宇航员几十年来在太空行走时穿的蓬松的白色套装。
罗斯在接受媒体采访时说:“这是未来最大的不同之一,那就是整个身体的灵活性有多好。”“我们的首要目标,听起来很像《星际迷航》,是确保我们准备好了合适的工具来设计宇航服,去我们可能需要去的任何地方”——无论是月球、火星还是其他地方。
被称为Z系列的原型机仍处于早期测试阶段。但罗斯表示,最终的产品可能不会和之前的产品有太大的不同:它可能仍然是蓬松的白色。
“我们并不是真的想要弄清楚西装的样子……(但是)我们认为这些衣服很漂亮,因为它们就是这样穿出来的,”罗斯开玩笑说。
科幻套装
对于华而不实的商业太空公司来说,美学可能更为重要。
理查德·布兰森(Richard Branson)的维珍银河(Virgin Galactic)等公司希望向太空短途旅行的游客提供高价服务。这些任务将是亚轨道的,乘客将安全地呆在一个密闭的宇宙飞船里,所以没有必要担心带有生命支持系统的加压服。
布兰森的公司与安德玛公司合作,设计出时髦的飞行服,让乘客在以接近三倍音速冲向天空时感到舒适。这些设计预计将于今年晚些时候公布。
与此同时,波音公司(BA)和太空 探索 技术公司(SpaceX)与美国宇航局签订了合同,开始将宇航员送往国际空间站。这两家公司都开发了自己的宇航服,供宇航员在进入轨道的过程中在30马赫的高速飞行中穿着。
这些宇航服必须加压,并具备更多的安全功能,但SpaceX仍然希望自己的宇航服看起来仍能配得上一部科幻电影。
SpaceX未来的乘客或许可以在星际旅行中使用这种宇航服,但它可能不适合在火星极端温度和有毒环境的航天器外维持人们的生命。
“生物太空服”
麻省理工学院(MIT)航天学教授、美国宇航局(NASA)前副局长达瓦•纽曼(Dava Newman)希望开发出一种拥有这一切的宇航服。
多年来,她一直在研制生物宇航服,这是一种光滑的宇航服,可以在恶劣的外星环境中保护宇航员。
纽曼在接受采访时表示,这种生物宇航服不是给气球式的连体衣加压,而是直接对皮肤施加压力。(在稀薄的火星大气中,正是这种压力使得体液不会失控)。生物太空服的便携式生命支持系统也被压缩到便携式包装中,而合身的设计可以让移动性和舒适性更好。
纽曼说:“我把它们称为世界上最小的宇宙飞船,因为你必须设计出整个飞行器所需的所有系统,然后把它们缩小到一个人的周围。”
该设计仍处于原型阶段,并不能保证它将进入市场。
纽曼说:“对我来说,太空飞行就是发挥我们所有的潜力,也是回答我能想到的最难的问题。”“设计一套宇航员去火星的宇航服是我能想到的最大挑战。”
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